Question

东营三角洲发育规律及其岩性油藏勘探技术

Answer 1

王居峰　张昕　王化爱　贾光华　刘军锷　厉亚敏

摘要　东营三角洲及与之有关的浊积砂体是东营凹陷沙三段最重要的储集岩体。该文以地震地层学和层序地层学理论为指导，通过建立高分辨率等时地层格架，将三角洲在沙三段中亚段沉积时期的发育过程划分为6个期次，分析了各期三角洲的沉积特点、推进范围及其前方浊积砂体的分布规律，指出浊积砂体的富集与成藏主要受高压流体封存箱、砂体埋深、断层作用及砂层厚度等因素所控制。据此，总结了浊积岩岩性油藏的勘探技术，在实际应用中取得了显著效果。

关键词　东营三角洲　浊积砂体　岩性油藏　勘探技术

一、引言

东营三角洲砂体内已发现油气地质储量近10×10⁸t，约占整个东营凹陷的75%。随着岩性油藏勘探技术的应用，东营三角洲前方的浊积岩岩性油藏，成为东辛、牛庄、现河庄、郝家、史南及胜坨等油田增储上产的主要勘探目标，每年新增石油地质储量1000×10⁴t以上。因此，研究东营三角洲的发育规律，总结与完善其岩性油藏勘探技术，对于正确认识岩性、预测岩性油气层分布等，具有非常重要的意义。

二、三角洲发育规律

在陆相沉积湖盆中，三角洲沉积体通常位于湖、陆之间的过渡地带，其形成条件是湖盆的沉降和河流注入的大量碎屑沉积物。另外，其发育情况还受气候、湖平面变化、河口水流性质及湖盆边缘斜坡坡度等多种因素影响。由于湖泊的水动力能量远小于海洋，湖成三角洲一般是以河流作用占优势，多形成建设性三角洲，平面上呈鸟足状或锯齿状，如东营三角洲、鄱阳湖的赣江三角洲、青海湖的布哈河三角洲等。

东营三角洲的地震反射特征和沉积物组合都具有明显的三层结构，可将其划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等三种亚相类型。在三角洲形成过程中，受构造运动强度、湖水面升降、沉积时古地形及物源供给方向等因素所控制，三角洲的沉积规模及沉积特征也在不断发生变化。因此，等时地层单元的划分是寻找浊积砂体有利发育区及进行准确储集层预测的关键。

1.三角洲主要沉积期次的划分

东营三角洲主要发育于沙三段—沙二段。其中，沙三段特征明显，沙二段分布局限，本文主要对沙三段三角洲进行研究。

对沙三段三角洲三个大的发育阶段（分别对应沙三段下亚段、沙三段中亚段和沙三段上亚段）而言，每个沉积旋回在地震剖面上均对应有等时的地震反射层序，即沙三段上亚段顶对应T₃反射层，沙三段中亚段顶对应T₄反射层，沙三段下亚段顶对应T₆标准反射层，沙三段下亚段底对应下T₆反射层（图1）。

图1　史128—莱34井连井三维地震剖面图

在T₄与T₆之间，根据三维地震剖面上顶超、下超及反射界面强弱等特征的变化，可以解释出5个连续性较好的同相轴，结合岩性、测井等资料分析，这些同相轴均对应每期三角洲的前三角洲环境的泥岩沉积，横向可对比性强，可作为三角洲期次划分的等时界面。依此将沙三段中亚段三角洲划分为六个等时地层单元，代表了三角洲发育的六个期次。同理，沙三段下亚段三角洲可划分为两期，沙三段上亚段三角洲可划分为三期，共将沙三段三角洲划分为11个等时的地层单元，即11个发育期次。

2.三角洲发育演化及浊积砂体分布规律

1）沙三段下亚段

沙三段下亚段沉积时期，东营凹陷构造运动相对稳定，气候由干热转向潮湿，但凹陷四周物源供给较少，主要发育深湖－半深湖的泥岩夹油页岩沉积，只在凹陷东端的莱州湾地区发育规模较小的三角洲体系。该期三角洲在沿莱20井附近东西向地震剖面上可见清晰的楔状反射结构，即呈向盆地中心方向收敛，同相轴减少的缓楔状。根据地震反射特征可将该期三角洲划分为两个小的期次，分别夹于两套油页岩之间。

从录井资料分析，该期三角洲具有明显的水进特征。平面上，三角洲前缘砂体在莱59与牛81井之间尖灭，并且沉积物粒度自东向西逐渐变细；垂向上，自下而上粒度变细，岩石颜色变暗，构成正旋回层序，表明是从粗粒三角洲分流河道至河口堆积物，上部为粉细砂岩与灰色泥岩薄互层，顶部为湖相泥岩、油页岩，组成了正向层序三角洲沉积。

在三角洲的发育过程中，受东营中央背斜带的阻挡作用，来自莱州湾方向的水系分为南北两支，其中南支水流能量明显大于北支。由于三角洲发育过程中构造运动稳定，古地形相对平坦，加之为水进型沉积，三角洲前方滑塌浊积砂体不发育。但由盆地东南部水道入湖所形成的深水浊积扇体，已经延伸到了洼陷区，自东向西已发现东科1、牛21等富含油的深水浊积扇体。

2）沙三段中亚段

沙三段中亚段沉积时期，地层厚度明显增大，反映了构造运动强烈，盆地沉降速率增大。凹陷东部沙三段下亚段地层厚度最大的莱州湾地区，由于构造抬升及三角洲的充填，沙三段中亚段地层厚度明显减薄，盆地沉降中心向西迁移至牛庄、民丰等地。该沉积时期，由于盆地周围山地抬升，碎屑物源充足，河流频繁注入，特别是沿凹陷轴线方向（莱州湾水系）及东南部（八面河、陈官庄水系）物源的大量供给，使该期三角洲的发育达到鼎盛时期，三角洲前缘向西推进到了利津洼陷的东坡。从地震反射特征分析，沙三段中亚段底部（T₆）是一个稳定的反射界面，在T₆与T₄之间，还可以划分出5个较为清晰的等时面。相邻等时面之间，既有典型的前积反射结构，也有楔状收敛反射结构。其中前积反射层发育有陡斜的前积层（顶部近10°），三角洲的三层结构明显，即有底积层，前积层和顶积层，三角洲前缘及前缘斜坡对应“S”型和切线斜交型及“S”型至斜交复合型前积反射；前积层顶超点之上为变振幅亚平行波状地震相，对应三角洲平原亚相的响应，岩性上以碳质泥岩的出现作为每期三角洲结束的标志。

大量钻井资料的对比结果表明，沙三段中亚段三角洲垂向上多具典型的三角洲反旋回结构，平面上，三角洲平原亚相、前缘亚相及前缘斜坡亚相都十分发育，特别是前缘砂体叠合连片，呈环状围绕三角洲平原分布，为典型的河控三角洲沉积。这样，以地震剖面上划分的6个等时面为标准，结合钻井资料对比，可将沙三段中亚段三角洲的发育过程东向西划分为6个小的期次，由早至晚依次称之为沙三段中亚段中6、中5、中4、中3、中2和中1三角洲体（图2）。每期三角洲前缘砂体的推进范围、沉积特点及其前滑塌浊积砂体的分布各不相同。

图2　史128—莱34井东西向沙三段中亚段三角洲发育剖面图

（1）沙三段中亚段中6三角洲体

沙三中6沉积时期，东营三角洲的物源主要来自凹陷东部的莱州湾水系。

该沉积时期，随着盆地周缘断层活动的增强及盆地沉降速率的增大，湖盆水体范围继续扩大，三角洲沉积过程仍表现为水进特征，在地震剖面上表现为前积反射的顶超点向东迁移，向西则为深湖—半深湖背景下的泥岩、油页岩所形成的稳定的席状地震相。因此，虽然该期三角洲规模较大，但其前缘斜坡上浊积砂体不发育，钻井揭示厚度一般为1～2m，且多为灰质胶结，储集物性较差，勘探意义不大。

该期广泛发育的低位扇体夹于最有利的生油岩之中，具有优越的成藏条件。沙三段中亚段沉积早期，除了盆地周缘断裂的强烈活动外，陈官庄－王家岗断裂带的活动明显加强。该断裂是发育于盆地斜坡带上的反向调节式断裂带，它不仅是由洼陷带转向斜坡带的分界断层，更重要的是它形成了盆地缓坡构造坡折带，并控制了沙三段中亚段低位期湖盆范围。

（2）沙三段中亚段中5三角洲体

沙三中5沉积时期，湖盆水体范围继续扩大，三角洲前缘推进到了牛庄洼陷的中心。该期三角洲在地震反射特征上表现为前积层的顶超反射点向东退缩，向西尖灭，整体为一向东加厚的楔状反射，水进特征明显。结合钻井资料分析，该期三角洲前缘滑塌浊积砂体也不发育。

（3）沙三段中亚段中4三角洲体

该沉积时期，湖盆的水体范围退缩，沿凹陷轴线方向的水流能量增强，加之物源供给充足，形成了北西、西和南西方向的三条分支水道，三角洲前缘推进到辛122—王65—王78井一线，分布范围明显扩大（图3）。该期三角洲地震反射特征明显，具有典型的叠瓦状前积反射特征，前积层的顶超反射点向西推进，反映了快速向前推进的沉积特点。

图3　东营凹陷中带沙三段中亚段中4三角洲分布范围图

由于该期三角洲推进速度快，前缘砂体发育，形成了陡倾的前缘斜坡（坡度可达10°左右），在围绕三角洲平原相呈环状分布的多个前缘砂体的前方形成了大量的滑塌浊积砂体，这些砂体垂向上叠置，平面上大面积连片分布，是牛庄等地区重要的储油砂体类型。

另外，由于湖水面的退缩，在三角洲大规模发育的同时，东南部水道向盆内延伸，在三角洲推进时水体能量波及不到的地区形成了深水浊积扇沉积，与同期形成的滑塌浊积岩相比，该类砂体虽数量较少，但单砂体分布面积和厚度均较大，储集物性较好，也具有较大的勘探价值。

（4）沙三段中亚段中3三角洲体

沙三中3沉积时期，东营湖盆的水体范围再度扩大，造成盆地周缘物源供给减少，三角洲推进速度较慢，其前缘砂体仅推进到辛10—河123—牛23井一线。在地震反射特征上，同中5三角洲体一样，表现为水进特征，三角洲前积层的顶超反射呈向西尖灭，向东退缩，呈纺锤状夹于中4与中2之间，并且三角洲前方滑塌浊积砂体也不发育。

（5）沙三段中亚段中2三角洲体

经过前期三角洲的充填作用，该沉积时期湖盆水体范围明显缩小，三角洲平原相推进到了牛庄洼陷。该期除东部的莱州湾水系继续发育外，来源于盆地东南部的陈家庄水系也向利津洼陷方向推进，二者在牛庄洼陷的牛25—牛10井区交汇，从而使三角洲的发育达到鼎盛期，其前缘砂体推进到了营8—河145—河48—牛103—牛8井一线。

该期三角洲在地震反射特征上表现为前积型地震反射，前积层的顶超点向西推进，前积体呈叠瓦状分布。根据钻井资料揭示，三角洲前方滑塌浊积砂体发育，这些浊积砂体是史南等地区的重要储油砂体。最近在牛庄洼陷西部钻探的史128井在沙三段中亚段中2钻遇大套滑塌浊积岩油层，从而证实在三角洲前方发育的滑塌浊积砂体呈环带状分布。

（6）沙三段中亚段中1三角洲体

沙三中1沉积时期，东部和东南部水系继续向西推进，三角洲前缘推进到了利津洼陷的东坡。该期三角洲前积反射特征不明显，并且在中部和北部沉积物粒度明显变粗，表现为有低水位扇体混入的沉积特征。

该三角洲沉积结束之后，梁家楼水下扇体自南向北推进，从史南地区南部的梁64井至北部董集洼陷的清1井，分布面积达120km2以上。该期白云岩的形成，是高水位体系域晚期发展阶段的产物，它标志着沙三段中亚段三角洲沉积时期的结束。

3）沙三段上亚段

随着盆地的沉积中心不断向西迁移，沙三段中亚段三角洲不断向西推进，至沙三段上亚段沉积时期，盆地的沉积中心迁移到利津—梁家楼一带。该沉积时期，随着湖盆水体的进一步退缩，盆地的东部以河流三角洲平原相沉积为主。同时，由于南、北两侧物源供给增加，三角洲前缘相最为发育，前缘砂体推进到了董集－利津洼陷。根据地震反射特征，可将沙三段上亚段三角洲的发育过程划分为3个小的期次，总体上均表现为清晰的前积反射结构。根据钻井揭示，该沉积时期滑塌浊积砂体数量较少。

三、与三角洲有关的岩性油藏勘探技术

在三角洲的推进过程中，受构造运动、湖水面的升降及地震活动等影响，每期三角洲前方均不同程度地发育有与三角洲有关的滑塌浊积砂体，这些砂体大小不一，整体被大套泥岩所包围，是东营凹陷中带最主要的储油砂体类型之一。但由于该类砂体埋藏较深（一般在3000m以下）、分布随机性强、多以砂泥岩互层形式出现，给砂体的预测与油藏描述工作带来了难度。因此，在目前的市场经济条件下，建立和完善一套针对浊积岩油藏的勘探技术，对于提高钻探成功率、节约钻井投资，有着十分重要的意义。

岩性油藏勘探技术包括地质和地球物理方法的储集层预测技术及油气成藏条件分析技术，现阶段其核心技术是储集层预测技术，该技术包括勘探目的层的确定、砂体有利发育区的预测、储集层的精确标定与追踪等内容。在研究与应用过程中，应遵循以下程序。

1.地质综合研究确定勘探目标区

（1）确定浊积岩发育带

以等时地层单元作为研究对象，通过沉积亚相、微相研究，确定每期三角洲的发育规律，特别是准确描述三角洲前缘亚相和前三角洲亚相的分布区，与三角洲前缘最大推进方向所对应的前三角洲区是浊积岩最有利的发育区带。

（2）确定浊积岩发育区

在精确的小层段对比基础上，编制小层段地层等厚图，利用地层厚度法，根据已确定的沉积时的深、浅水区带分布判断浊积岩发育区。浅水区地层厚度相对较大时，表明是三角洲沉积时推进的主要方向，其前方为浊积岩的有利发育区；位于深水区的地层厚度相对较大时为浊积岩发育区。深水区地层明显加厚，是发育的浊积岩，经后期成岩作用与周围泥岩发育区差异压实形成的。

2.地球物理方法预测砂体的空间展布

地球物理方法是石油勘探中最有效的直接预测手段。目前预测方法很多，但都有局限性，必须针对不同的地质情况采取与之相应的预测方法。据钻井资料分析，东营凹陷沙三段浊积岩发育区内，以泥岩为主夹浊积岩，其中泥岩速度一般为2900～3300m/s，砂岩层速度一般为3400～4000m/s。多年勘探实践证实，应用速度信息来研究预测砂体是可行而有效的。该方法包括地震剖面极性分析技术、层位标定技术和测井约束反演技术等。

1）地震剖面极性分析技术

图4　史110—1井合成记录反求速度与综合速度对比图

在以构造油气藏为主的勘探阶段，人们迫切解决的首要问题是构造形态、断点位置等，无论剖面极性如何，其构造高点的偏移仅仅只是波峰与波谷之间的半个相位的偏移，对油气藏的勘探开发没有太大的影响，所以解释人员对于地震剖面中的波峰、波谷分别代表的地质含义无需太多的研究。最近几年，尤其是胜利油田率先进入了大规模隐蔽岩性油气藏的勘探阶段，对于地震剖面中每个反射界面所包含的不同地层含义必须要有明确的认识，才能识别、描述砂体。以牛庄地区为例，在目前的地震记录上（25～30Hz）, 3000m深度（2.4s）某一反射界面相邻波峰波谷的时差为15～20ms，深度误差可达25～35m。如此大的纵向标定误差以及由此导致的储集层横向解释结果的不同，用于油藏的勘探开发工作是难以接受的。由于地震资料冗长复杂的处理过程，其极性常常不确定，影响岩性地层解释的精度。因此，必须首先明确地震剖面的极性。

（1）利用人工合成记录确定极性

全盛地震记录的极性是已知的，由此，根据全盛记录与地震剖面的匹配关系确定极性。其步骤是：首先，精细制作人工合成地震记录（要求工区内所有井）；其次，每口井分别与地震剖面相关，确定每口井的分析结果，可分为正极性相关好、负极性相关好、正负极性都好或都不好三类；第三，列表统计，去掉不定性的无效井，按有效井的多数确定剖面极性。

（2）合成地震记录反求平均速度法

将合成地震记录与剖面匹配以后，可分别读出多个时间、深度数据对，与该区平均速度拟合，确定与剖面相关好的合成记录的极性，即为剖面极性（图4）。

（3）模型判别法

透镜状砂岩体在正极性剖面上，顶部呈单轨上凸反射特征；在负极性剖面上，砂岩底部呈单轨下凹反射特征（图5）。

（4）利用VSP测井速度资料确定极性

获取精确的VSP速度资料，完成炮井深、低速带、补心高等各类校正。从响应测井、录井资料读出的已知井典型的反射界面深度，在该反射系数界面极性确定以后，通过 VSPLOG与地震剖面对应的该界面的反射波形即可确定，如果正反射系数界面对应波峰，则为正极性剖面，否则，为负极性剖面。

2）应用测井约束反演技术预测与描述砂体

图5　应用模型法判别地震剖面极性图

在常规地震资料的砂体追踪工作中，一是由于受地震分辨率的限制，加上砂泥岩薄互层组合，在标定和追踪时，只能以砂层组为单位，而不能追踪单砂体；二是由于所追踪的同相轴为砂层组的反射，所以，砂层组的某一个砂层的消失或出现，都可能引起同相轴的扭曲和能量变化，这样，所确定的砂体边界就会有误差甚至错误；三是由于薄互层的层间干涉作用，砂层组中纯砂岩的厚度与振幅并不是严格的线性关系，所以砂体的厚度求取存在一定的误差。

测井约束地震反演技术突破了地震频带的限制，以具有丰富的高频信息和完整低频成分的测井资料补充地震有限带宽的不足，用已知地震信息和测井资料作为约束条件，推算出高分辨率的地层波阻抗资料，并结合多学科知识，为储集层的深度、厚度、物性的精细描述提供可靠的依据。

近几年来，测井约束反演技术已被广泛应用于油田的勘探和开发，特别是应用该技术对浊积岩岩性体的预测与描述及储量上报等都显示出独特的优势，并且取得了显著的效果。但是，由于东营凹陷中带沙三段的浊积岩体都是处于半深湖—深湖沉积环境，泥岩含灰质较为普遍，致使砂岩与灰质泥岩的相变点在常规三维地震剖面上难以识别，甚至合为一个连续的强—中强振幅的同相轴，简单的测井约束反演也难以解决这个问题。

3.油气成藏条件研究优选砂体

多年来的勘探实践证明，夹于暗色泥岩之中的砂体并不是都含油。需要对其成藏特点及富集与高产的控制因素进行研究，有选择性地钻探所描述的砂体。

1）油气成藏特点

对于岩性油气藏成藏问题，目前的评价已有较为成熟的方法，特别是流体压力封存箱理论提出后，许多学者都对东营凹陷进行过研究，认为东营凹陷高压流体封存箱在平面上可以按构造单元划分为多个小封存箱，各个小封存箱的顶部封盖层有起伏变化，这种起伏明显与东营三角洲的发育有关，三角洲前缘相砂岩之下大约50～100m厚的前三角洲泥岩即为封存箱的顶部封盖层。通过对三角洲发育期次的划分与对比，高压流体封存箱的封盖层深度约为2900～2950m，应选择该深度以下的砂体进行预测与描述。

2）油气藏富集高产的控制因素

研究成果及勘探实践表明，沙三段岩性油藏的富集高产主要与砂体的埋深、断层作用、砂层厚度等密切相关。

（1）断层对油气富集高产的控制作用

断层对油气成藏及其富集高产的控制作用主要表现在三个方面：首先，同生沉积断层控制着储集层发育与分布，从而控制了油气的分布与富集，如位于梁11断层下降盘的史深100井区和郝2断层下降盘的史115井区，不仅砂体最为发育，而且油井产能最高，尤其是在史115井区，史115—1、史115—2等井的日产量达150t以上；其次，断层可以改善低渗透储集层的物性，特别是渗透性，表现在同一沉积相带内断层发育部位物性好、产能高；第三，断层可以形成良好的构造－岩性圈闭或构造圈闭，造成油气的富集高产，如郝2断层上升盘的河4鼻状构造带，从东营组至沙三段均存在高产层。

（2）砂层厚度是油气富集高产的基础

砂岩的存在决定着油气富集，而砂层厚度在一定程度上决定了油气产能。该区的勘探和开发生产实践已经表明了不同沉积微相内或同一微相带中砂层厚度的控制作用，即随着砂层厚度的增大，油气产量也有所增高。即使在单个岩性油藏中，砂层厚度也对油井产能有着重要的控制作用，即砂层厚度较大的部位是油气高产区。这是探井部署的又一重要原则。

（3）砂体含油边界的确定

目前有许多地球物理方法在探讨预测含油边界的问题，但实践证明，还没有一种方法适合预测埋深3000m以下砂岩油藏的含油边界。经地质统计分析，沙三段浊积砂体的充满系数一般在60%～80%左右，可以此作为探井的重要部署原则。

四、结论

东营凹陷沙三段高分辨率等时地层格架的建立应以地震资料为基础，结合测井、录井等资料来进行，以此为依据，可将沙三段中亚段三角洲的发育过程划分为6个等时的地层单元。

浊积砂体的发育与分布与三角洲的推进作用密切相关，对应三角洲最大主推进方向的古地形低洼处及同生沉积断层下降盘，是浊积砂体发育与分布的有利地区。

浊积岩岩性油藏的储集层预测应以综合地质研究为基础，通过地震剖面极性的确定、储集层的识别与标定及测井约束反演等逐步实施，针对不同类型的砂体应采取相应的解释与描述方法。

浊积砂体的成藏与富集主要受高压流体封存箱顶盖层分布、砂体埋深、断层作用及砂层厚度等的影响，这些因素都是探井部署中必须遵循的重要原则。

致谢　本文在研究过程中，承蒙地质科学研究院张善文副院长、宋国奇总地质师、肖焕钦副总地质师和东昌惠室王荣臣、王宁、邱桂强等高级工程师的帮助，张善文副院长审阅了全稿，东营南坡组、北带组全体人员参加了该项研究工作，在此一并表示衷心的感谢。

主要参考文献

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